DE3407552A1 - Gasregeleinrichtung zur regelung der brenngas- und oxidanszufuhr zu einem brenner bei einem atomabsorptions-spektrometer - Google Patents

Gasregeleinrichtung zur regelung der brenngas- und oxidanszufuhr zu einem brenner bei einem atomabsorptions-spektrometer

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DE3407552A1
DE3407552A1 DE19843407552 DE3407552A DE3407552A1 DE 3407552 A1 DE3407552 A1 DE 3407552A1 DE 19843407552 DE19843407552 DE 19843407552 DE 3407552 A DE3407552 A DE 3407552A DE 3407552 A1 DE3407552 A1 DE 3407552A1
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Description

DiPL.-PHYS. JÜRGEN WEJ SSF^ DiPL-rmiM: DR..RÜDOLF WOLGAST
PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
BÖKENBUSC1I41 ■ D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon (02052)4019 · Telex; 8516895
Patentanmeldung
Bodenseewerk Perkiη-Elmer & Co GmbH, Überlingen/Bodensee
Gasregeleinrichtung zur Regelung der Brenngas- und
Oxidanszufuhr zu einem Brenner bei einem Atomabsorptions-Spektrometer
Die Erfindung betrifft eine Gasregeleinrichtung zur Regelung der Brenngas- und Oxidanszufuhr zu einem Brenner bei einem Atomabsorptions-Spektrometer, enthaltend
(a) je eine Drossel für Brenngas und Oxidans und
(b) je einen der Drossel vorgeschalteten Druckregler für Brenngas und Oxidans.
Λ Bei einem Atomabsorptions-Spektrometer sendet eine linienemittierende Lichtquelle ein Lichtbündel aus, das die Resonanzspektral 1 i ni en eines gesuchten Elements enthält. Dieses Lichtbündel durchsetzt eine auf einem Brenner brennende Flamme und fällt auf einen photoelektrischen o_ Detektor. In die Flamme wird mittels eines Zerstäubers
eine zu untersuchende flüssige Probe eingesprüht, so daß die Probe durch die Flamme atomisiert wird und die in der Probe enthaltenen Elemente in der Flamme in atomarer
Form vorliegen. Die dann auftretende Schwächung des Lichtbündels in der Flamme liefert ein Maß für den Anteil des gesuchten Elements in der Probe. Der Brenner wird dabei mit einem Brenngas, z.B. Azetylen, und Luft als
B Oxidans betrieben. Es ist auch bekannt, dem Brenner statt Luft Lachgas (N2O) als Oxidans zuzuführen, um eine heißere Flamme zu erhalten. Lachgas hat einen höheren Sauerstoffanteil als Luft. Bei Verwendung von Lachgas wird die Zufuhr von Brenngas erhöht, um das richtige stöchiometrisehe Verhältnis zwischen Brenngas und Oxidans einzuhalten.
Um reproduzierbare Verhältnisse zu erhalten, ist eine Gasregeleinrichtung vorgesehen, welche die Einstellung der Gasströmungen zum Brenner und die Konstanthaltung dieser Gasströmungen gewährleistet.
Bei bekannten Gasregeleinrichtungen sind zur Einstellung der Gasströmungen Nadelventile vorgesehen. Die Gasströmungen werden mittels eines Strömungsmessers angezeigt und durch manuelle Einstellung der Nadelventile eingestellt. Um eine Aufrechterhaltung der einmal eingestellten Gasströmung zu gewährleisten, ist jedem Nadelventil ein Druckregler (oder Druckminderer) vorgeschaltet, der einen konstanten Druck stromauf von dem Nadelventil aufrechterhält. Die Einstellung und Regelung der Gasströmungen erfolgt somit bei konstantem Eingangsdruck mittels einstellbarer Drosseln.
Üblicherweise wird die Flamme zunächst mit Luft als Oxidans QQ gezündet. Erst nach dem Zünden der Flamme wird im Bedarfsfall auf Lachgas umgeschaltet. Die bei Betrieb mit Lachgas erforderliche Erhöhung der Brenngasströmung wird durch Öffnen einer Umgehung zu dem Nadelventil erreicht.
gg Bei den bekannten Gasregeleinrichtungen erfolgt eine manuelle Einstellung der Gasströmungen an den Nadelventilen. Die Gasregeleinrichtung muß daher so angeordnet
werden, daß die Nadelventile bequem zugänglich sind. Das erfordert in vielen Fällen relativ lange Leitungsverbindungen innerhalb des Geräts.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasregeleinrichtung der eingangs definierten Art mit möglichst einfachen Mitteln so auszubilden, daß sie durch Steuersignale von einem Bedienteil oder einer Steuereinheit einstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
(c) die Sollwerte der Druckregler durch je einen Stellmotor reproduzierbar einstellbar sind.
Es wird also zur Einstellung der Strömung nicht bei
konstantem Druck der Strömungsquerschnitt verändert, sondern bei fester Drossel der Druck. Aufwendige Nadelventile können dadurch entfallen. Der Stellmotor zur
Einstellung des Sollwerts des Druckreglers gestattet
eine Einstellung durch Steuersignale. Es ist also nicht erforderlich, die Drosseln wie die manuell einstellbaren Nadelventile des Standes der Technik leicht zugänglich anzuordnen. Die Einstellung des Sollwertes des Drucks kann leicht und reproduzierbar erfolgen, und es kann jedem solchen Druck eindeutig eine bestimmte Strömung zugeordnet werden. Zusätzliche Strömungsmesser können daher entfallen. Über den Stellmotor und den Sollwert des Druckreglers kann die Strömung des Brenngases bei der Umschal-
g0 tung auf eine zweites Oxidans mit höherem Sauerstoffanteil, z.B. Lachgas, in definierter Weise erhöht werden. Eine Umgehung zu der Drossel, wie sie beim Stand der Technik erforderlich ist, und Mittel zum wahlweisen Öffnen oder Absperren dieser Umgehung können entfallen.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist ein pneumatisches Schaltbild einer Gasregeleinrichtung.
Fig. 2 zeigt schematisch einen von einem Stellmotor verstellbaren Druckregler bei einer Gasregeleinrichtung nach Fig.. 1 .
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, welches die Wirkungsweise der Steuereinheit bei der Gasregeleinrichtung von Fig. 1 veranschaulicht.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms "Flamme zünden" des Flußdiagramms von Fig.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms
"Flamme brennt" des Flußdiagramms von Fig. 3.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms
"Lachgasflamme zünden" des Flußdiagramms von Fig. 5.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms "Lachgasflamme brennt" des Flußdiagramms von
Fig. 6.
Die Gasregeleinrichtung enthält einen ersten Anschluß 10, an welchen als erstes Oxidans in Form von Druckluft anschließbar ist, einen zweiten Anschluß 12; der mit einer Quelle von Lachgas als zweitem Oxidans verbindbar ist.
Ein dritter Anschluß 14 ist mit einer Quelle von Brenngas, vorzugsweise von Acetylen^ verbindbar. An jedem der drei Anschlüsse 10,12 und 14 ist ein Drucksensor 16,18 bzw. 20 verbunden. Die Drucksensoren 16,18,20 signali-
B sieren, ob Gasdruck an dem betreffenden Anschluß ansteht. Diese Signale sind über Signalleitungen 22,24 bzw. 26 auf eine Steuereinheit 28 geschaltet. Die Steuereinheit 28 ist eine mikroprozessorgesteuerte Elektronik und ist in noch zu beschreibender Weise programmiert.
Dem ersten Anschluß 10 ist ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil 30 nachgeschaltet, das über eine Steuerleitung 32 von der Steuereinheit 28 gesteuert und im stromlosen Zustand abgesperrt ist.
Ein 3/2-Wegeventi1 34 ist als Magnetventil ausgebildet und über eine Steuerleitung 36 ebenfalls von der Steuereinheit 28 gesteuert. Das 3/2-Wegeventi1 34 verbindet in seiner ersten Schaltstellung den ersten Anschluß 10 und das diesem nachgeschaltete Absperrventil 30 mit einer Leitung 38, während der zweite Anschluß 12 abgesperrt ist. In seiner zweiten Schaltstellung verbindet das 3/2-Wegeventil 34 den zweiten Anschluß 12 mit der Leitung 38, während die Verbindung zu dem Absperrventil 30 und dem ersten Anschluß 10 abgesperrt ist. Im stromlosen Zustand befindet sich das 3/2-Wegeventi1 in seiner ersten Schaustellung, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Von der Leitung 38 führt eine Zweigleitung 39 zu einem Zerstäuber. Zwischen dem Absperrventil 30 und dem 3/2-Wegeventil 34 ist ein Speichervolumen 41 angeschlossen.
Die Leitung 38 führt zu einem Druckregler 40. Der Ausgang des Druckreglers 40 ist über eine feste Drossel 44 gg mit einem Oxidansanschluß des Brenners verbunden. Der
Druckregler 42 ist ein übliches Druckmindererventi1, dessen Sollwert, wie unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 noch beschrieben wird, über eine Stellspindel veränderbar ist. Die Stellspindel ist durch einen Stellmotor verstellbar. Der Stellmotor 46 oder geeignete Abgriffmittel geben Stellungssignale an die Steuereinheit 28. Der Stellmotor 46 wird dementsprechend von der Steuereinheit 28 gesteuert. Das ist durch eine Leitung 48 dargestelIt.
Dem dritten Anschluß 14 ist ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil 50 nachgeschaltet. Das Absperrventil wird über eine Leitung 52 von der Steuereinheit gesteuert. Über das Absperrventil 50 ist der dritte An-
1B Schluß 14 mit einem Druckregler 54 verbunden. Der Druckregler 54 ist ebenfalls ein übliches Druckmindererventil wie der Druckregler 40. Eine Stellspindel des Druckreglers 54 zur Verstellung des Sollwerts ist durch einen Stellmotor 56 verstellbar. Der Stellmotor 46 oder geeignete Abgriffmittel geben Stellungssignale an die Steuereinheit 28. Der Stellmotor 56 wird dementsprechend von der Steuereinheit 28 gesteuert. Der Ausgang des Druckreglers 54 ist über eine feste Drossel 58 mit einem Brenngasanschluß des Brenners verbunden.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Druckregler, z.B. Druckregler 40. Der andere Druckregler 54 ist entsprechend aufgebaut. Der Druckregler 40 enthält ein Gehäuse 60 mit einem Einlaßanschluß 62 und einem Auslaßanschluß Der Einlaßanschluß 62 mündet in einer Einlaßkammer 66. Der Auslaßanschluß 64 geht von einer Auslaßkammer 68 ab. In dem Gehäuse 60 ist eine Reglermembran 70 mit einem Membranteller 72 eingespannt, Die Reglermembran trennt die Auslaßkammer 68 von einer mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Membrankammer 74. Die Einlaßkammer 66 ist von der Auslaßkammer 68 durch eine Zwischen
wand 76 getrennt, die einen Ventildurchgang 78 mit einem der Einlaßkammer 66 zugewandten Ventilsitz 80 bildet. Durch den Ventildurchgang 78 hindurch erstreckt sich eine Ventilspindel 82, die mit dem Membranteller B verbunden ist und an ihrem Ende innerhalb der Einlaßkammer einen Ventilteller 84 trägt. Der Ventilteller 84 bildet mit dem Ventilsitz 80 ein Regelventil. Die Membran 70 und der Membranteller 72 sind von einer Druckfeder 86 belastet. Die Druckfeder 86 stützt sich an einem Wider lager 88 ab. Das Widerlager 88 ist eine Mutter, die auf einem Gewinde 90 einer Stellspindel 92 geführt ist. Die Stellspindel 92 ist von dem Stellmotor 46 antreibbar. Auf der Stellspindel 92 sitzen zwei Scheiben 96 und 98. Die Scheibe 96 ist auf einer Hälfte lichtdurchlässig und auf einer Hälfte lichtundurchlässig. Sie wird durch eine Lichtschranke 100 abgetastet. Die Scheibe 96 und die Lichtschranke 100 bilden zusammen einen Lagesensor 102, der auf Lageabweichungen der Stellspindel 92 von einer Referenzlage anspricht und dessen Signale auf die Steuer einheit aufgeschaltet sind. Vorzugsweise entspricht die Referenzlage einer mittleren Stellung der Stellspindel Die Scheibe 98 ist mit einer Umfangsverzahnung versehen. Der gezahnte Rand der Scheibe 98 ist durch eine Lichtschranke 104 abtastbar. Die Lichtschranke 104 bildet einen
Fühler, der bei einer Drehung der Scheibe 98 Inkrement-
signale liefert. Die Inkrementsignale sind auf die Steuereinheit 28 aufgeschaltet. Das Widerlager 88 ist geradgeführt, wie in der schematischen Fig. 2 durch einen in einem Schlitz geführten Stift 106 angedeutet ist. Bei
3q einer Drehung der Stellspindel 92 wird daher das Widerlager 88 auf- oder abwärts verstellt. Dadurch wird die Vorspannung der Druckfeder 86 und damit der Sollwert des Druckreglers 40 verändert. Die Reglermembran 70 und der Ventilteller 84 stellen sich in eine solche Stellung ein, daß der auf die Reglermembran wirkende Ausgangsdruck der Vorspannung der Druckfeder 86 die Waage hält.
Der Stellmotor 46 ist durch die Steuereinheit 28 nach Maßgabe der Lageabweichungssignale von dem Lagesensor 102 so ansteuerbar, daß er die Stellspindel 82 in die Referenzlage dreht. Der Stellmotor 46 ist durch die Steuereinheit 28 anschließend aus der Referenzlage um einen Winkel verdrehbar, der einer vorgegebenen Anzahl von Inkrementsignalen entspricht. Auf diese Weise wird eine genau definierte und reproduzierbare Lage der Stellspindel 92 und damit ein genau definierter und re'produzierbarer Sollwert des Druckreglers 40 eingestellt.
Fig. 3 bis 7 veranschaulichen in Flußdiagrammen die Wirkungsweise und Programmierung der Steuereinheit 28. Dabei kennzeichnet in üblicher Weise ein Rechteck mit doppelten Seitenlinien ein Unterprogramm, durch das ein bestimmter Vorgang durchgeführt wird. Eine Raute kennzeichnet eine Abfrage, wobei das Programm bei der Antwort "NEIN" jeweils in waagerechter Richtung nach rechts oder links in der Figur und bei der Antwort "JA" nach unten weiterverfolgt wird. Ein einfaches Rechteck kennzeichnet eine Bildschirmanzeige.
In Fig. 3 werden durch Unterprogramme 108 und 110 zunächst die beiden Druckregler 40 und 54 in eine Mittel- stellung verfahren, die jeweils der Referenzlage der Stellspindel 92 und einem entsprechend mittleren Sollwert des Ausgangsdrucks entspricht. Die dabei erhaltenen Werte der Gasströmungen für Oxidans und Brenngas werden mittels eines Unterprogramms 112 bestimmt und an einem Bildschirm angezeigt. Es werden anschließend die Drucksensoren 16,18,20 nacheinander abgefragt. Das ist durch die Rauten 114,116 und 118 dargestellt. Wenn einer der Drucksensoren keinen Druck signalisiert, so wird das am Bildschirm angezeigt. Das ist durch die Rechtecke 120,122 bzw. 124 dargestellt.
Die nächste Abfrage, dargestellt durch Raute 126, ist, ob eine Eingabe erfolgt. Ist die Antwort "NEIN", so werden die Schritte mit den Rauten 114,116 und 118 erneut durchlaufen. Die Gasregeleinrichtung bleibt im Bereitschaftszustand und überwacht laufend die Gasdrücke. Ist die Ant wort "JA", so geht das Programm zu der nächsten Abfrage über, die durch die Raute 128 symbolisiert ist, nämlich ob die Sollwerte der Druckregler gegenüber den erwähnten mittleren oder den jeweils eingestellten Werten verändert werden sollen. Wenn die Antwort "JA" ist, läuft ein Unterprogramm "Druckregler einstellen" ab, das durch das Rechteck 130 repräsentiert ist. Durch dieses Unterprogramm werden über die StelImotore 46 und 56 die Sollwerte der Druckregler 40 und 54 auf vorgegebene Werte einge stellt. Nach Ablauf dieses Unterprogramms werden die Schritte mit dem Unterprogramm gemäß Rechteck 112 und den Rauten 114,116,118 und 126 nochmals durchlaufen. Ergibt die durch Raute 128 repräsentierte Abfrage die Antwort "NEIN", d.h. ist keine weitere Einstellung der Druckregler 40 und 54 erforderlich, so wird das Flußdiagramm nach rechts in Fig. 3 weiterverfolgt zu Raute 132, die eine Abfrage "Zünden" symbolisiert. Eine Antwort "NEIN" wird als "unzulässige Eingabe" (Rechteck 134) angezeigt und führt zu einem nochmaligen Durchlaufen der bisher beschriebenen Schritte. Die Antwort "JA" führt zum Übergang auf Unterprogramme "Flamme zünden" (Rechteck 136) und "Flamme brennt" (Rechteck 138).
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Unterprogramm "Flamme 3Q zünden" erfolgen zunächst wieder Abfragen der Drucksensoren 16 und 20 (Rauten 140 und 142),um sicherzustellen, daß Luftdruck und Brenngasdruck vorhanden ist. Das Zünden der Flamme des Brenners erfolgt aus Sicherheitsgründen stets zunächst mit Luft und nicht mit Lachgas g5 als Oxidans. Fehler werden am Bildschirm angezeigt. An-
schließend wird die Magnetwicklung des Absperrventils 30 über Leitung 32 erregt und das Absperrventil 30 geöffnet (Rechteck 144). An diesen Vorgang schließt sich eine Pause von z.B. 5 Sekunden an (Rechteck 146). Während dieser Pause wird der Brenner mit Luft durchspült. Dann wird die Magnetwicklung des Absperrventils 50 erregt (Rechteck 148) und damit der Brenngasstrom freigegeben. Anschließend wird eine Zündvorrichtung eingeschaltet (Rechteck 150). Es erfolgt die Abfrage eines Flammensensors (Raute 152). Er gibt der Flammensensor, daß noch keine Flamme brennt, dann wird geprüft, ob seit Einschalten der Zündvorrichtung schon mehr als eine vorgegebene Zeit T von beispielsweise 8 Sekunden vergangen ist (Raute 154). Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Schleife zurück zur Abfrage des Flammen sensors. Wird nach der Zeit T kein Zünden der Flamme sig nalisiert, verläuft das Flußdiagramm von der Raute 154 nach unten. Es wird am Bildschirm "ERROR Flamme zündet nicht" angezeigt (Rechteck 156). Dann läuft ein Unterprogramm "Flamme aus" ab, das durch das Rechteck 158 dargestellt ist. Es werden dabei nacheinander die Absperrventile 50 und 30 geschlossen. Wenn innerhalb der vorgegebenen Zeit T die Flamme gezündet hat, wird die Zündvorrichtung ausgeschaltet (Rechteck 160) und es läuft das Unterprogramm "Flamme brennt" ab, das durch Rechteck 162 symbolisiert und in Fig. 5 als Flußdiagramm dargestellt ist.
Das Unterprogramm "Flamme brennt" beginnt mit einer Anzeige der Druckreglersollwerte bzw. der zugehörigen Gasströmungen (Rechteck 164). Es folgt eine Abfrage des
gQ Flammensensors (Raute 166). Wenn der Flammensensor keine Flamme signalisiert, wird angezeigt "ERROR Flamme aus" (Rechteck 168) und das schon erwähnte Unterprogramm "Flamme aus" eingeleitet. Signalisiert der Flammensensor eine Flamme, so werden wieder die Drucksensoren 16 und
g5 abgefragt (Rauten 170 und 172) und Fehler auf dem Bildschirm angezeigt (Rechtecke 174 und 176). Anschließend
wird abgefragt, ob eine Eingabe erfolgt, also irgendeine Veränderung vorgenommen werden soll (Raute 178). Ist die Antwort "NEIN", springt das Unterprogramm zu seinem Anfang zurück und durchläuft die beschriebenen Schritte
B von neuem. Es erfolgt also eine ständige Überwachung der Flamme sowie der Gasströmungen von Luft und Brenngas.
Wenn eine Eingabe gemacht werden soll, dann wird nacheinander abgefragt, welche Änderungen vorgenommen werden sollen, wie durch Rauten 180,182 und 183 dargestellt ist. Wenn das Ergebnis einer Abfrage "JA" ist, dann wird das Flußdiagramm nach unten in Fig. 5 zu dem zugehörigen Unterprogramm durchlaufen. Wenn das Ergebnis der Abfrage "NEIN" ist, wird das Flußdiagramm nach rechts in Fig. 5
j5 zu der nächsten Abfrage durchlaufen bzw. von der letzten Abfrage aus ebenfalls zu einem Unterprogramm. In Fig. 5 ist die erste Abfrage (Raute 180), ob auf eine Lachgasflamme umgeschaltet werden soll. Wird diese Frage bejaht, so wird auf das Unterprogramm "Lachgasflamme zünden" übergegangen, das durch das Rechteck 186 symbolisiert und in Fig. 6 als Flußdiagramm dargestellt ist. Die zweite Abfrage (Raute 182) ist, ob die Flamme gelöscht werden soll. Wird diese Frage bejaht, führt dies zu dem schon geschilderten Programm "Flamme aus" (Rechteck 188). Die dritte Abfrage (Raute 184) ist,ob die Brenngas- oder Luftströmung geändert werden soll. Im ersteren Fall wird das Flußdiagramm nach unten in Fig. 5 zu einem Unterprogramm "Brenngasströmung ändern" (Rechteck 190) durchlaufen. Im zweiten Fall wird das Flußdiagramm nach rechts zu dem
OQ Unterprogramm "Luftströmung ändern" durchlaufen (Rechteck 192). Es wird dann, wie beschrieben, über den jeweiligen Stellmotor 46 oder 56 der Sollwert des Druckreglers 40 bzw. 54 verstellt. Nach Durchlaufen des einen wie des anderen der letzteren beiden Unterprogramme
gc springt das Unterprogramm "Flamme brennt" wieder zu seinem Anfang zurück.
Das Unterprogramm "Lachgasflamme zünden" ist in Fig. 6 als Flußdiagramm dargestellt.
Das Unterprogramm beginnt mit einer Abfrage (Raute 194) des Drucksensors 18, ob Lachgasdruck vorhanden ist. Wird kein Lachgasdruck signalisiert, erfolgt eine Bildschirmanzeige "ERROR kein Lachgasdruck" (Rechteck 196). Anschließend wird wieder zu dem Unterprogramm "Flamme brennt" gemäß Fig. 5 übergegangen. Wenn Lachgasdruck vorhanden ist, wird das Flußdiagramm nach unten zu einem Unterprogramm durchlaufen, das durch ein Rechteck 198 symbolisiert ist. Nach diesem Unterprogramm wird der Druckregler 54 für das Brenngas und damit die Brenngasströmung um die Hälfte des Betrages hochgefahren, um den der Druck bzw. die
IQ Brenngasströmung bei Verwendung von Lachgas erhöht werden muß. Da in diesem Zustand noch mit Luft als Oxidans gearbeitet wird, wird die Flamme vorübergehend zu fett, d.h. sie erhält mehr Brenngas als dem stöchiometrisehen Verhältnis zu der zugeführten Menge an Oxidans entspricht.
Es wird dann die Magnetwicklung des 3/2-Wegeventi1s 34 über Leitung 36 erregt und das 3/2-Wegeventi1 34 umgeschaltet (Rechteck 200). Dadurch wird statt Luft nunmehr Lachgas als Oxidans auf den Brenner gegeben. Jetzt ist die Flamme zu mager, d.h. sie erhält weniger Brenngas als dem stöchiometrischen Verhältnis zu der zugeführten Menge an Oxidans entspricht. Es schließt sich aber nun ein durch ein Rechteck 202 symbolisiertes Unterprogramm an, durch welches der Sollwert des Druckreglers 54 für das Brenngas und damit die Brenngasströmung nochmals um die Hälfte des
3Q Betrages hochgefahren wird, um den der Druck bzw. die Brenngasströmung bei Verwendung von Lachgas erhöht werden muß. Jetzt ist das richtige stöchiometrisehe Verhältnis zwischen Brenngas und Lachgas als Oxidans erreicht. Das stufenlose Hochfahren des Druckreglers 54 hat den Vorteil,
g5 daß zu jedem Zeitpunkt die Abweichungen von richtigen
stöchiometrisehen Verhältnis zwischen Brenngas und Oxidans möglichst klein gehalten werden. Es schließt sich jetzt das Unterprogramm "Lachgasflamme brennt" an, das in Fig. 6 durch das Rechteck 204 symbolisiert und in Fig.
als Flußdiagramm dargestellt ist.
Das Unterprogramm von Fig. 7 ist ähnlich wie das Unterprogramm von Fig. 5. Es erfolgt eine Abfrage des Flammensensors (Raute 206) sowie aller drei Drucksensoren 18,
IQ 20 und 16 (Rauten 208,210,212) und gegebenenfalls eine Fehleranzeige (Rechtecke 214,216,218,220) und eine Abschaltung der Flamme (Rechteck 222). Wenn keine Eingabe erfolgt (Raute 224) werden die Abfragen zyklisch wiederholt. Erfolgt eine Eingabe, so wird das Flußdiagramm nach
jg unten zu Abfragen durchlaufen, ob eine Umschaltung auf normale, d.h. luftgespeiste, Flamme erfolgen soll, die Flamme ausgeschaltet werden soll oder ob die Brenngasoder Lachgasströmung verändert werden soll (Rauten 226, 228 bzw. 230). Im ersteren Falle wird auf ein Unterpro-
2Q gramm "Umschalten auf normale Flamme" (Rechteck 232) übergegangen. Dieses Unterprogramm entspricht etwa dem in umgekehrter Reihenfolge durchlaufenen Unterprogramm von Fig. 6, wobei der Druckregler 54 heruntergefahren wird. Im zweiten Fall wird auch zunächst eine Umschaltung des Brenners auf normale Flamme vorgenommen (Rechteck 232) und dann der Brenner abgeschaltet. Die dritte Abfrage (Raute 230) führt entweder zu einer Veränderung der Brenngasströmung oder zu einer Veränderung der Lachgasströmung (Rechtecke 236,238) und einem anschließenden
3Q Sprung zum Anfang des Unterprogramms.
Durch zusätzliche Fühler und Abfrageschritte können weitere Betriebsbedingungen kontrolliert werden, beispielsweise ob ein Brennerkopf überhaupt vorhanden oder ein für Lachgas geeigneter Brennerkopf aufgesetzt ist.
Das ist hier zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet und beschrieben.
Die Stellmotore 46,56 können als Schrittmotore ausgebildet sein.
Bei Stromausfall gehen alle Ventile 30,34 und 50 in die in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung, so daß alle Anschlüsse 10,12 und 14 abgesperrt sind und weder Druckluft noch Gas entweichen kann. Die gleichen Ruhestellungen nehmen die Ventile 30,34,50 ein, wenn die Steuereinheit "Flamme aus" kommandiert. Das Luftvolumen 40 strömt dann noch über das Ventil 34.,den Druckregler 40 und die Drossel 44 zum Brenner und sorgt dafür, daß dann noch alle Reste von Brenngas und eventuell von Lachgas aus dem Brenner herausgespült werden.
- Leerseite -

Claims (4)

Patentansprüche
1. 'Gasregeleinrichtung zur Regelung der Brenngas- und
Oxidanszufuhr zu einem Brenner bei einem Atomabsorptions-Spektrometer, enthaltend
(a) je eine Drossel (44,58) für Brenngas und Oxidans und
(b) je einen der Drossel (44,58) vorgeschalteten Druckregler (40,54) für Brenngas und Oxidans
dadurch gekennzeichnet, daß
(c) di.e Sollwerte der Druckregler (40,54) durch je einen Stellmotor (46,56) reproduzierbar einstellbar si nd.
2. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (28), durch welche die Stellmotore (46,56) in reproduzierbarer Weise steuerbar sind.
3. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmotore (46,56) als Schritt-
gQ motore ausgebildet sind.
4. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Stel1 bewegung der Stellmotore (46,56) durch Stellungssensoren (102,104) abgreifbar ist, deren Signale auf die Steuereinheit (28) aufgeschaltet sind, und
(b) die Stellmotore (46,56) durch die Steuereinheit (28) nach Maßgabe der von den Stellungssensoren (102,104) gelieferten Signale in vorgegebene Stellungen verfahrbar sind.
5. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Druckregler (40,54) ein Membrandruckregler ist, dessen Sollwert über eine Stellspindel (92) einstellbar ist,
(b) die Stellspindel (92) durch den Stellmotor (46,56) verdrehbar ist,
(c) mit der Stellspindel (92) zur Bildung des Lagesensors eine mit einer Umfangsverzahnung versehene Scheibe (98) verbunden ist,
(d) der gezahnte Rand der Scheibe (98) durch einen Fühler (104) abtastbar ist, der bei einer Drehung der Scheibe (98) Inkrementsignale liefert, und
(e) die Inkrementsignale auf die Steuereinheit (28) aufgeschaltet sind.
6. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
go (3) ein weiterer Lagesensor (100) vorgesehen ist, der auf Lageabweichungen der Stellspindel (92) von einer Referenzlage anspricht und dessen Signale auf die Steuereinheit (28) aufgeschaltet sind, (b) der Stellmotor (46,56) durch die Steuereinheit
g5 (28) nach Maßgabe dieser Lageabweichungssignale so ansteuerbar ist, daß er die Stell spindel (92) in die Referenzlage dreht, und
(c) der Stellmotor (46,56) durch die Steuereinheit (28) anschließend aus der Referenzlage um einen Winkel verdrehbar ist, der einer vorgebbaren Anzahl von Inkrementsignalen entspricht.
7. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Brenner wahlweise mit einem ersten Oxidans (z.B. Luft) oder einem zweiten Oxidans mit höherem Sauerstoffgehalt (z.B. Lachgas NpO) betreibbar ist, die an einen ersten bzw. zweiten Anschluß (10,12) anschließbar sind, während eine Brenngasquelle an einen Brenngasanschluß (14) anschließbar ist,
(b) ein als Magnetventil ausgebildetes 3/2-Wegeventi1 vorgesehen ist, über welches in einer Schaltstellung (34) der erste Anschluß (10) und in der zweiten Schaltstellung der zweite Anschluß (12) mit dem Druckregler (40) für das Oxidans verbunden ist und welches durch die Steuereinheit (28) steuerbar ist,
(c) ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil (50) zwischen dem Brenngasanschluß (14) und dem Druckregler (54) für Brenngas angeordnet und ebenfalls durch die Steuereinheit (28) steuerbar i st.
8. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem der Anschlüsse (10,12,14) ein Drucksensor (16,18,20) verbunden ist, der ein Signal für die Steuereinheit (28) liefert.
9. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Magnetventil ausgebildetes Absperrventil (30) zwischen dem ersten Anschluß (10) und dem einen Anschluß des 3/2-Wegeventi1s (34) ange ordnet und durch die Steuereinheit (28) steuerbar ist.
10. Gäsregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Druckregler (40) für das Oxidans eine Zweigleitung über einen Druckregler (40) zu einem Zerstäuber geführt ist.
11. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (44,58) für Oxidans und Brenngas feste Durchflußquerschnitte haben.
12. Gasregel vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Steuereinheit (28) nach Maßgabe der Signale von den Drucksensoren (16,18,20)
(a) die als Magnetventile ausgebildeten Absperrventile (30,50) in Schließstellung umschaltbar sind und
Cb) das 3/2-Wegeventil (34) in seine besagte eine Schaltstellung umschaltbar ist,
wenn einer der Drucksensoren (16,18,20) einen Druckwegfall signalisiert.
13. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge-
ar. kennzeichnet, daß mit dem ersten Eingang (10) stromab
von dem Absperrventil (30) ein Speichervolumen (41) verbunden ist.
1.4. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn-
o_ zeichnet» daß durch die Steuereinheit (28) Über den
Stellmotor (56) der Druckregler (54) für das Brenngas
auf einen erhöhten Sollwert verstellbar ist, wenn das 3/2-Wegeventi1 (34) in seine zweite Schaltstellung umgeschaltet wird.
15. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung von dem ersten Oxidans auf das zweite Oxidans durch die Steuereinheit (28)
(a) in der einen Schaltstellung des 3/2-Wegeventi1s (34) der Sollwert des Druckreglers (54) für das Brenngas über den Stellmotor (56) um einen ersten Schritt auf einen Wert verstellbar ist, der höher als der dem ,Betrieb mit dem ersten Oxidans entsprechende Sollwert und geringer als der den Betrieb mit dem zweiten Oxidans entsprechenden Sollwert, anschließend
(b) das 3/2-Wegeventil (34) in seine zweite Schaltstellung umschaltbar ist und daraufhin
(c) der Sollwert des Druckreglers (54) für das Brenn-Q3S über den Stellmotor (56) um einen zweiten Schritt auf den dem Betrieb mit dem zweiten Oxidans entsprechenden Sollwert verstellbar ist.
16. Gasregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (28) eine mikroprozessorgesteuerte Elektronik aufweist.
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